石灰岩三维地震勘探技术研究范文

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《能源技术与管理杂志》2015年第二期

1地震地质条件

勘探区位于云贵高原西北部，地表标高1320~1530m之间，局部为悬崖，植被发育，村庄、水源地等零星分布。当地的习俗要求在这些区域外100m的地方才能放震动炮。表层地震地质条件差。勘探区表层有灰岩出露区、风化岩腐殖土覆盖区、薄层灰岩与薄层黄土交互覆盖区，检波器布置困难，成孔条件差，浅层地震地质条件差。对比地形图、煤层底板等高线图可以得知，勘探区平均地层倾角20°，煤层底板标高在1200~800m之间，最浅埋藏深度约150m，最大埋藏深度约600m，这给地震勘探观测系统带来了不便。依据以往钻探资料得知，勘探区煤层与围岩之间存在明显的波阻抗差异，因而具备产生反射波的条件。深层地震地质条件一般。总体来说，勘探区地震地质条件复杂。

2勘探技术难点

根据已有地质资料分析并结合现场情况，本勘探区的主要技术难点为：煤层埋藏深度变化大，需要设计不同的观测系统进行数据采集；成孔难度大，需要找到适用于本区不同岩性地表尤其在厚层石灰岩出露区的成孔技术；激发条件变化较大，需要找出适用于本区不同岩性地层尤其在厚层石灰岩出露条件下的激发方法［3］；静校正难度大，解决大比高复杂地形条件下的静校正问题；钻孔稀少，时深转换难度较大。

3技术对策

3.1观测系统设计依据面元边长、最大炮检距、线距、最大非纵距的理论计算公式，确定观测系统参数：CDP网格为5m×10m、线距不大于57m、最浅目的层处最大炮检距不大于370m，最深目的层处最大炮检距不大于750m，最大非纵距不大于400m。结合现场的情况，选择了10线10炮制束状观测系统，观测系统参数为：接收总道数浅部600道、深部1000道，道距10m，线距40m，覆盖次数25次，最大非纵距350m，CDP网格为5m×10m，中点激发。

3.2成孔方法试验依据现场踏勘的情况，将勘探区划分为松散层覆盖区、灰岩出露区、灰岩与松散层混合覆盖区3大类，成孔工具选择洛阳铲、风钻。洛阳铲在松散层覆盖区成孔较合适，风钻在灰岩出露区较合适，在灰岩与松散层混合覆盖区应用风钻成孔时，需要在风钻内加入部分水雾才能保证风钻顺利通过薄层松散物。

3.3试验工作在灰岩出露区，选择3~6m的井深、用1~2kg药量进行井深与药量组合试验；在风化岩腐殖土覆盖区，依据低降速带调查的结果选择井深至降速带内、药量为1.5~2kg的井深与药量组合试验，在薄层灰岩与薄层黄土交互覆盖区选择药量1.5~2kg、井深5m的单井与双井组合试验。通过试验得出如下结论：在风化岩腐殖土覆盖区，钻孔深度降速带内部2m，用药量2kg激发时能得到较好的试验记录；在灰岩出露区，井深大于4m、药量1~1.5kg激发时，能够得到较好的试验记录；在薄层灰岩与薄层黄土交互覆盖区试验单张记录较差。施工中应尽量避免变观。

3.4资料采集测量过程中炮点进行加密测量，保证变观时测量资料的准确性；检波器采用堆放的形式进行接收，以避免道内存在高差而引起地震道的畸变；按束进行施工，遇见孤峰、悬崖、小山丘、村庄等障碍物时应以恢复性放炮技术，遇见大量丢道、炮点不能正常布置的区域，采用在障碍物附近加密炮点的方法进行数据采集。严格按照试验结论进行施工，在资料品质变差时，进行补充性试验。勘探区共完成施工线束13束，按照《煤炭煤层气地震勘探规范》（以下简称《规范》）关于单炮记录的评级标准进行评级，甲级品占总数的41%，乙级品占总数的57.7%，废品占总数的1.3%，成品合格率为98.7%，满足《规范》中的相关要求。

3.5资料处理由于山区地形复杂，基岩出露较多，松散层较薄且成分复杂，很难准确取得低速带及降速带的厚度与速度，常规的人工一次静较正满足不了反射波的同相叠加。经过多种静校正方法的对比，本区最终采用分频静校正的方法。分频静校正技术是将常规静校正后的地震记录，利用小波分解或频域滤波的方法分解成不同频带成分，不同频率成分对静校正的精度要求不同，低频成分视波找较大，因此可以求取较大的剩余静校正量，解决周波跳跃问题；而高频成分对静校正的精度要求较高，可以对静校正量进行微调，因此可以采用叠代的方法逐步提高剩余静校正量的精度。

3.6煤层底板等高线的制作方法第一步，通过层位解释的t0值，用计算机的解释软件自动生成各煤层的等t0图件；第二步，根据钻孔资料、巷道揭露资料、资料处理提供的速度文件生成各煤层的平均速度平面图；第三步，求取各煤层的相对埋深；第四步，求取各煤层底板标高。式中：H煤为煤层底板标高，m；H0为资料处理过程中的基准面标高，m；H为各煤层相对埋深，m；V为各煤层的平均速度，m/s。从以上步骤看，底板标高的精度取决于煤层平均速度的精度。对于钻孔资料、巷道资料较丰富且均匀分布的区域来说，平均速度的精度一般较高；但对于钻孔资料、巷道揭露资料较少的区域，其精度会大幅度降低，最终影响煤层底板标高的精度，本勘探区就属于此种情况，所以需要寻找高精度的平均速度求取方法。资料处理过程中速度分析的精度较高，它可以提供丰富的叠加速度，可以应用叠加速度、层速度、平均速度之间的关系，将资料处理的各点叠加速度最终转换为平均速度。但这个平均速度与钻孔求取的平均速度会存在一定的差异，需要将叠加速度转换得到的平均速度进行校正，最终采用校正后的平均速度生成平均速度平面图，最终得到各目的煤层的底板等高线图。

4地质效果

4.1处理成果评价勘探区覆盖次数基本均匀，浅层目的层反射波连续性较好、信噪比较高、断点清晰，如图1所示。受上分煤层的影响，深层目的层反射波连续性一般，按照《规范》中时间剖面的评级标准，勘探区内的I类剖面与II类剖面之和占总评级剖面长度的86.38%，满足《规范》不低于80%的要求。

4.2地质成果查明了4、5、9、13煤层的底板起伏形态；解释出1条落差大于50m的断层，3条落差大于20m的断层，7条落差大于10m的断层，10条落差大于5m的断层，4条落差小于5m的断层；全区共解释孤立断点11个；没有发现直径大于20m的陷落柱和无煤带。

4.3验证情况报告提交3a后，收集了矿方的采掘资料，总体验证情况如下：①煤层底板标高相对误差最大为3%（离最近钻孔的距离为800m），煤层底板标高相对误差最小为0.8%。②巷道揭露了落差大于10m的断层3条，落差大于5m的断层4条，落差小于5m的断层8条。③其中揭露的2条落差大于10m的断层与地震资料解释的落差大于10m的断层基本一致，揭露的另1条落差大于10m的断层与地震资料解释的落差小于5m的断层位置偏差20m。④揭露的2条落差大于5m的断层与地震资料解释的落差大于5m的断层基本一致，1条与地震资料解释的落差大于20m的断层位置、产状基本一致，另1条落差大于5m的断层地震资料没有解释。揭露的3条落差小于5m的断层在地震时间剖面上解释为孤立断点，另外5条落差小于5m的断层地震资料没有解释；另有1条地震资料解释的落差大于5m断层、2条落差小于5m的断层没有揭露。综合来看，煤层底板标高误差相对较小，落差10m以上、5m以上、5m以下断层的准确率分别为66%、50%和20%。

4.4提高勘探精度的设想目前，相对于中东部地区而言，石灰岩出露区的勘探精度较低，不能完全满足高产高效矿井安全生产的需要。提高此类区域的勘探精度可能需要采取如下技术措施：首先应尽量选择在冬季施工、选择深孔大药量激发，这样可以避免很多干扰，提高野外资料的品质；其次，加大地震资料的有效覆盖次数，提高地震资料的信噪比，施工过程中应尽量避免变观施工；最后，采用先进的叠前深度偏移进行资料处理、高精度的静校正与速度分析技术。

5结论

从目前的实际应用效果看，石灰岩出露区的煤田三维地震勘探精度不能完全满足煤矿安全高效生产的需要，但地震资料解释的煤层底板起伏形态、落差大于10m的断层勘探精度相对较高。如果加大野外工作的投入，应用先进的叠前深度偏移技术，三维地震勘探技术可以成为石灰岩出露区煤矿采区构造勘探的主要手段。

作者：田根国单位：中煤科工集团西安研究院有限公司